問題解決

問題解決とは、障害を克服して目標を達成するプロセスであり、ほとんどの活動において頻繁に発生します。解決を必要とする問題は、単純な個人的なタスク（例：A地点からB地点への行き方）から、ビジネスや技術分野における複雑な問題まで多岐にわたります。前者は、1つの問題に対処する単純な問題解決（SPS）の例であり、後者は、相互に関連する複数の障害を伴う複雑な問題解決（CPS）です。^{[ 1 ] [ 2 ]}問題解決タスクの別の分類としては、明確な障害と目標を持つ明確に定義された問題と、現状は厄介だがどのような解決策を目指すべきかが明確でない不明確な問題があります。^{[ 3 ]}同様に、心理測定的知能を必要とする形式的または事実に基づく問題と、機転の利いた行動、ファッション、贈り物の選択など、個人または集団の変わりやすい感情に依存する社会感情的な問題を区別することができます。^{[ 4 ]}

解決策には、目標達成に必要な十分なリソースと知識が不可欠です。弁護士、医師、プログラマー、コンサルタントといった専門家は、一般的な能力を超えた技術スキルと知識を必要とする問題解決者です。多くの企業は、問題を認識し、解決策を生み出すことで収益性の高い市場を開拓してきました。問題が広範囲に及び、不便であればあるほど、拡張性のある解決策を開発する機会は大きくなります。

科学、工学、ビジネス、医学、数学、コンピュータ科学、哲学、社会組織といった分野には、多くの専門的な問題解決技術や手法が存在する。問題の特定、分析、解決のための精神的な手法は、心理学や認知科学で研究されている。また、人々が解決策を見出すことを妨げる精神的な障害についても広く研究されており、問題解決の阻害要因としては、確証バイアス、メンタルセット、機能的固着などが挙げられる。

問題解決という用語は、分野によって意味が若干異なります。たとえば、心理学では精神的なプロセスであり、コンピュータ科学ではコンピュータ化されたプロセスです。問題には、定義が曖昧な問題と明確な問題の 2 種類があり、それぞれに異なるアプローチが使用されます。明確な問題には、明確な最終目標と明確に期待される解決策がありますが、定義が曖昧な問題にはそれがありません。明確な問題は、定義が曖昧な問題よりも初期計画をより多く行うことができます。^{[ 3 ]}問題を解決するには、実用性(文脈が意味にどのように貢献するか) と意味論(問題の解釈) を扱う必要がある場合があります。問題の最終目標が何であるか、どのようなルールを適用できるかを理解する能力が、問題を解決する鍵となります。問題によっては、抽象的な思考や創造的な解決策を思いつく必要がある場合があります。

問題解決には、数学的問題解決と個人的問題解決という2つの主要な領域があります。それぞれは、遭遇する困難や障壁に関係しています。^{[ 5 ]}

問題解決のモデルの中には、まず目標を特定し、次にその目標達成に向けた一連のサブ目標を特定するものもある。認知のACT-Rモデルを提唱したアンダーソンは、この目標とサブ目標の集合を目標スタックとしてモデル化した。目標スタックとは、心の中に完了すべき目標とサブ目標のスタックがあり、同時に実行されるタスクは1つだけであるというものである。^{[ 31 ]： 51}

ある問題を解決する方法に関する知識は、転移と呼ばれるプロセスで、別の問題にも応用できる。^{[ 31 ]： 56}

問題解決戦略とは、目標達成の障害を克服するための手順のことである。問題解決の過程でこのような戦略を繰り返すことを「問題解決サイクル」と呼ぶ。^{[ 32 ]}

このサイクルにおける一般的な手順としては、問題の認識、問題の定義、解決戦略の策定、利用可能な知識とリソースの整理、進捗状況の監視、そして解決策の有効性の評価などが挙げられます。一つの解決策が達成されると、通常は別の問題が発生し、サイクルが再び始まります。

洞察とは、問題に対する突然の「なるほど！」という解決策、複雑な状況を単純化する新しいアイデアの誕生のことです。洞察によって見出された解決策は、段階的な分析から得られた解決策よりも鋭い場合が多いです。迅速な解決プロセスには、問題解決サイクルのさまざまな段階で生産的な行動を選択するための洞察が必要です。ニューウェルとサイモンの正式な行動問題の定義とは異なり、洞察問題には合意された定義はありません。^{[ 33 ]}

問題解決戦略には以下のようなものがある：^{[ 34 ]}

抽象化

扱いやすいモデルシステムで問題を解決し、実際のシステムについての洞察を得る

類推

類似した特徴やメカニズムを持つ過去の問題に解決策を適用する

ブレインストーミング

（特に集団の間で）多数の解決策やアイデアを提案し、最適な解決策が見つかるまでそれらを組み合わせ、発展させること。

バイパス

問題を、障壁を回避して解決しやすい別の問題に変換し、その後、その解決策を元の問題の解決策に戻す。

批判的思考

入手可能な証拠と議論を分析し、合理的、懐疑的、かつ偏りのない評価を通じて判断を下す。

分割統治

大きくて複雑な問題を、より小さくて解決可能な問題に分解する

援助を求める

障害に対処するために外部の支援を得る

仮説検定

問題に対する考えられる説明を仮定し、その仮定を証明しようとする（あるいは、場合によっては反証しようとする）。

水平思考

間接的かつ創造的に解決策にアプローチする

手段目的分析

目標に近づくために、各段階で行動を選択する

形態学的分析

システム全体の出力と相互作用を評価する

観察／質問

自然科学において、観察とは、気づきや知覚の行為または事例であり、一次情報源からの情報の取得を指します。質問とは、情報を求めるための発話です。

不可能性の証明

その問題が解決不可能であることを証明してみてください。証明が失敗する点が、問題を解決する出発点となります。

削減

問題を、解決策が存在する別の問題に変換する

研究

既存のアイデアを活用したり、既存の解決策を類似の問題に適用したりする

根本原因分析

問題の原因を特定する

対称

対称性を利用して問題を視覚化し、単純化する

試行錯誤

適切な解決策が見つかるまで、考えられる解決策をテストする

• A3問題解決– 構造化された問題改善アプローチ 
• デザイン思考– デザインコンセプトを開発するプロセス 
• 8つの規律に基づく問題解決法– チーム指向型問題解決法の8つの規律 リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ 
• GROWモデル– 目標設定と問題解決のための手法 
• 援助を求める行動― 心理学における理論 
• 解決方法― ジョージ・ポリアによる1945年の問題解決に関する書籍 
• 水平思考― 問題解決の方法 
• OODAループ– 観察・方向付け・決定・行動のサイクル 
• PDCA – 反復的な設計および管理手法 
• 根本原因分析– 障害や問題の根本原因を特定する方法リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ 
• RPR問題の診断
• TRIZ – 問題解決ツール 
• 科学的方法とは、科学の発展を特徴づけてきた、知識を獲得するための経験的な方法である。
• 群知能― 分散型で自己組織化されたシステムの集団行動 
• システムダイナミクス– 非線形複雑系の研究 

問題解決における一般的な障壁には、効率的な解決策の探索を妨げる精神的な構造が含まれる。研究者によって特定された最も一般的な5つの障壁は、確証バイアス、メンタルセット、機能的固着、不必要な制約、および無関係な情報である。

人は眠っている間にも問題を解決できる。夢の中で問題を解決した科学者や技術者の報告は数多くある。例えば、ミシンの発明者であるエリアス・ハウは、夢からボビンの構造を解明した。^{[ 57 ]}

化学者のアウグスト・ケクレは、ベンゼンの6つの炭素原子と水素原子の配置について考えていた。その問題について考えているうちにうとうとしてしまい、踊る原子が蛇のような形に落ちていく夢を見た。それがきっかけでベンゼン環を発見した。ケクレは日記にこう記している。

蛇の一匹が自分の尾を掴み、その姿は私の目の前で嘲るようにぐるぐると回転した。まるで稲妻に打たれたかのように私は目を覚まし、今回もまた、その仮説の帰結を考察することに夜を費やした。^{[ 58 ]}

また、人が寝る前に意識的に問題について考え、夢のイメージでその問題を解決する方法についての経験的研究もあります。夢研究者のウィリアム・C・デメントは、 500人の学部生を対象にした授業で、最初の要素がOTTFFである無限級数について考え、その背後にある原理を推論し、次の要素が何になるかを答えるように指示しました。^{[ 59 ]}彼は、毎晩寝る前に15分間この問題について考え、その時に見た夢を書き留めるように学生たちに求めました。朝起きたら、再び15分間この問題について考えるように指示しました。

OTTFF という数列は、数字の頭文字である one、two、three、four、five です。数列の次の 5 つの要素は SSENT (six、seven、eight、nine、ten) です。生徒の中には、夢を振り返ることでパズルを解いた人もいました。例えば、次のような夢を報告した生徒がいました。^{[ 59 ]}

私は美術館に立って、壁に飾られた絵画を眺めていました。廊下を歩きながら、絵画の数を数え始めました。1、2、3、4、5。6枚目と7枚目に差し掛かった時、絵画は額縁から引き剥がされていました。私は空になった額縁をじっと見つめ、何かの謎が解けそうな不思議な感覚を覚えました。すると突然、6枚目と7枚目の空間こそが問題の解決策だと気づいたのです！

500人以上の学部生を対象に行った調査で、学生に割り当てられた課題に関連する夢は87件（直接関連が53件、間接関連が34件）と判断された。しかし、課題を解決する夢を見た人のうち、実際に解決策を意識的に理解できたのはわずか7人だった。残りの46人（53人中）は、解決策を知らないと考えていた。

アルバート・アインシュタインは、問題解決の多くは無意識のうちに行われ、人はその後、脳がすでに解決したことを意識的に理解し、定式化する必要があると信じていました。彼は、これが相対性理論を定式化する際の自身のプロセスであると信じていました。「問題の創造者は解決策を持っている」^{[ 60 ]}アインシュタインは、主にイメージで、言葉を使わずに問題解決を行ったと述べています。「書かれたり話されたりする言葉や言語は、私の思考のメカニズムにおいて何の役割も果たしていないようです。思考の要素として機能していると思われる精神的な実体は、特定の記号と、多かれ少なかれ明確なイメージであり、これらは『自発的に』再現され、組み合わせることができます。」^{[ 61 ]}

問題解決プロセスは、知識領域や専門知識のレベルによって異なります。^{[ 62 ]}このため、実験室で得られた認知科学の知見は、必ずしも実験室外の問題解決状況に一般化できるとは限りません。このため、1990年代以降、現実世界の問題解決に重点を置いた研究が行われるようになりました。しかし、この重点は北米とヨーロッパでかなり異なる形で表現されています。北米の研究は、通常、個別の自然知識領域における問題解決の研究に集中していますが、ヨーロッパの研究の多くは、斬新で複雑な問題に焦点を当て、コンピュータ化されたシナリオで実施されています。^{[ 63 ]}

複雑な問題解決 (CPS) は、単純な問題解決 (SPS) とは区別されます。SPS では、単一の単純な障害があります。CPS では、複数の障害が同時に発生する可能性があります。たとえば、外科医は、どの靴を履くかを決める個人よりもはるかに複雑な問題を抱えています。ディートリッヒ・デルナーによって明らかにされ、後にヨアヒム・フンケによって拡張されたように、複雑な問題にはいくつかの典型的な特徴があり、それには以下が含まれます。^{[ 2 ]}

• 複雑性（多数の項目、相互関係、および意思決定）
• 列挙可能性
• 不均一性
• 接続性（階層関係、通信関係、割り当て関係）
• ダイナミクス（時間的考慮事項）
  • 時間的制約
  • 時間的感度
  • 位相効果
  • 動的な予測不可能性
• 不透明性（状況の不明瞭さ）
  • 開始時の不透明度
  • 継続不透明度
• 多目的（複数の目標）^{[ 83 ]}
  • 無表情
  • 反対
  • 一過性

人々は、個人レベルから文明レベルまで、さまざまなレベルで問題を解決します。集団的問題解決とは、集団で問題解決を行うことを指します。社会問題や地球規模の問題は、通常、集団で解決することによってのみ解決できます。

現代の問題の複雑さは、個人の認知能力を超えており、異なるものの相互補完的な専門知識と集団的な問題解決能力を必要とする。^{[ 84 ]}

集合知とは、多くの個人の協力、共同努力、競争から生まれる、共有された、あるいは集団的な知性のことである。

共同問題解決では、人々は協力して現実世界の問題を解決します。問題解決グループのメンバーは、共通の関心事、似たような情熱、および/または仕事へのコミットメントを共有します。メンバーは質問をしたり、疑問を抱いたり、共通の問題を理解しようとすることができます。彼らは専門知識、経験、ツール、および方法を共有します。^{[ 85 ]}グループは必要に応じて流動的になる場合があり、割り当てられたタスクを完了するために一時的にのみ発生する場合もあれば、問題の性質に応じてより永続的になる場合もあります。

例えば、教育の文脈では、グループのメンバー全員が意思決定プロセスに意見を述べ、学習プロセスにおいて役割を担うことがあります。メンバーは、グループ内のすべてのメンバーの思考、指導、および監視に責任を負う場合があります。グループワークは、各メンバーが全体の作業に等しく貢献できるように、メンバー間で調整される場合があります。メンバーは、各自の強みを認識し、それを伸ばすことで、全員がタスクに大きく貢献することができます。^{[ 86 ]}協働的なグループワークは、批判的思考力、問題解決能力、社会性、および自尊心を促進する能力があります。協働とコミュニケーションを用いることで、メンバーは互いに学び合い、個人作業よりも優れた学習成果につながる有意義な知識を構築することがよくあります。^{[ 87 ]}

協働グループでは、メンバー間の共同の知的努力が必要であり、問​​題を共に解決するための社会的相互作用が伴います。これらの相互作用中に共有される知識は、コミュニケーション、交渉、および資料の作成中に獲得されます。^{[ 88 ]}メンバーは、質問をすることによって積極的に他者から情報を求めます。質問を使用して新しい情報を獲得する能力は、理解と問題解決能力を高めます。^{[ 89 ]}

1962年の研究報告で、ダグラス・エンゲルバートは集合知と組織の有効性を結びつけ、積極的に「人間の知性を増強する」ことでグループの問題解決に相乗効果が生じると予測した。「この増強されたモードで3人が協力して作業すると、1人の増強された人が単独で作業する場合よりも、複雑な問題を解決するのに3倍以上効果的であるように思われる」^{[ 90 ] 。}

新メディアとメディア融合の理論家であるヘンリー・ジェンキンスは、集合知はメディア融合と参加型文化に起因するという理論に基づいている。^{[ 91 ]}彼は、現代の教育がオンラインでの集団的問題解決の傾向を教室に取り入れていないことを批判し、「集合知コミュニティはグループとしての仕事への主体性を奨励するのに対し、学校は個人を評価する」と述べている。ジェンキンスは、知識コミュニティ内での相互作用が若者にとって重要なスキルを構築し、集合知コミュニティを通じたチームワークがそのようなスキルの発達に貢献すると主張している。^{[ 92 ]}

コレクティブ・インパクトとは、異なる分野の複数の主体が、構造化された協力形態を用いて、特定の社会問題を解決するための共通の目標に向かって取り組むことを指す。

第二次世界大戦後、国連、ブレトンウッズ体制、WTOが設立された。国際レベルでの集団的問題解決は、 1980年代以降、これら3種類の組織を中心に具体化していった。これらの国際機関は国家のような、あるいは国家中心的な性質を保っているため、集団的問題解決において、代替的なアプローチではなく、国家のような、あるいは国家中心的なアプローチを永続させているのは当然のことである。^{[ 93 ]}

クラウドソーシングとは、与えられた課題に対する最良の解決策を見つけることを目的として、多くの独立した参加者からアイデア、考え、または情報を蓄積するプロセスです。現代の情報技術により、多くの人々が参加し、良い結果をもたらす方法で提案を管理することが容易になります。^{[ 94 ]}インターネットは、集合的（惑星規模を含む）問題解決の新たな能力を可能にします。^{[ 95 ]}

• アクチュアリー科学– 保険およびその他の金融商品におけるリスクに統計学を応用する学問 
• 分析力― 仕事や生活のあらゆる分野において不可欠なスキル 
• 創造的な問題解決– 問題解決の精神的プロセス 
• 集合知― 集団的な努力から生まれる集団知能 
• 実践共同体
• コワーキングスペース– オフィススペースの共有 
• クラウドソーシング– グループからサービスや資金を調達するリダイレクト先の簡単な説明を表示するページ 
• 拡散的思考― 創造的なアイデアを生み出すプロセス 
• グレー問題– 情報技術における概念 
• イノベーション– 改善策の実践的な実施 
• 道具主義― 科学哲学における位置づけ 
• 問題提起型教育― パウロ・フレイレが提唱した教授法 
• 問題提起– 問題の説明 
• 問題構造化手法– 変更すべき状況をモデル化するために使用される手法 
• 共有された意図性– 心理学的概念 
• 構造的な修正
• サブゴールのラベリング– 認知プロセス 
• トラブルシューティング– 問題解決の一形態であり、故障した製品やプロセスを修復するためによく用いられる。 
• 厄介な問題– 解決が困難または不可能な問題 

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